克81井區(qū)水平井軌跡控制與提速技術(shù)

丁 紅，李成龍，徐廣飛，張瑞平，劉福欽，馬 瑞，田曉江

（1.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026；2.西部鉆探準(zhǔn)東鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

新疆瑪湖油田礫巖油區(qū)主要儲層為三疊系百口泉組和二疊系上、下烏爾禾組砂礫巖低滲透致密儲集層，隨著克81 井風(fēng)城組取得新認(rèn)識及克81 井下傾方向部署多口探井，瑪南斜坡區(qū)風(fēng)城組致密油勘探取得了突破，多口探井均獲油流[1]。為探索克81井區(qū)風(fēng)城組油藏效益開發(fā)途徑，油田開展了平臺水平井開發(fā)試驗(yàn)。該區(qū)域前期已鉆井直井段鉆遇多套巖性復(fù)雜地層、非均質(zhì)性強(qiáng)易斜，采用常規(guī)鐘擺鉆具組合井身質(zhì)量不易控制；定向鉆進(jìn)段趟鉆進(jìn)尺少、易發(fā)生井漏[2]復(fù)雜，軌跡控制難；風(fēng)城組地層研磨性強(qiáng)、水平段長，鉆井施工難度大。針對克81井區(qū)水平井存在的技術(shù)難題，通過開展相關(guān)技術(shù)研究提出了對策，開展了現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用，為該區(qū)域水平井軌跡控制與提速、提效探索出了一條新途徑。

1 地質(zhì)特征

瑪湖油田克81井區(qū)風(fēng)城組油藏構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷南斜坡，風(fēng)城組整體構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為東南傾的單斜，地層傾角3°～5°，發(fā)育東西向逆斷層，斷距5～20m，地層埋深3550～5300m。所鉆地層自上至下將鉆遇白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系地層。白堊系—侏羅系地層發(fā)育大段泥巖，易吸水膨脹、縮徑、垮塌，泥砂巖地層交互夾雜，地層疏松，易造漿及縮徑卡鉆，砂巖地層滲透性好，井壁易形成厚泥餅而出現(xiàn)阻卡，鉆進(jìn)中鉆頭易泥包。侏羅系西山窯組、八道灣組及三疊系白堿灘組等地層煤層夾層多，易井漏。二疊系夏子街組、風(fēng)城組地層主要為砂巖、砂礫巖地層，泥質(zhì)成分少，地層坍塌壓力低，易發(fā)生垮塌。二疊系夏子街組、風(fēng)城組地層裂縫較發(fā)育，易發(fā)生漏失。目的層二疊系風(fēng)城組裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性強(qiáng)，孔隙度在3.1%～4.2%之間，滲透率總體低于0.18×10-3μm2，屬于特低孔、超低滲儲層。風(fēng)城組油藏中部溫度103.9℃～112.3℃，地層壓力系數(shù)在1.10～1.43 之間，儲層總體屬于正常溫度、異常高壓系統(tǒng)。

2 水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)

2.1 直井段井身質(zhì)量控制難

井區(qū)首個平臺部署了多口水平井，直井段鉆遇多套復(fù)雜地層，需要兼顧提高機(jī)械鉆速及更好地控制多口水平井直井段井身質(zhì)量，尤其在三開直井段需要保證井身質(zhì)量在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)合理控制偏移距，以降低三開造斜施工過程中，井底正位移對后續(xù)軌跡控制的影響。因此，平臺水平井組直井段要比單井直井、單井水平井直井段的井身質(zhì)量控制難度大。

2.2 造斜段造斜效率低，工具選型難

前期在該區(qū)域部署水平井極少，對地層自然造斜規(guī)律認(rèn)識不清晰，對于所選鉆具組合的造斜能力分析還不完善。完成的1 口三開井身結(jié)構(gòu)水平井MHHW1井，?215.9mm 井眼造斜段長525m，定向工期29.87d，先后使用3 趟螺桿鉆具組合、4 趟旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向組合共7 趟鉆才達(dá)到預(yù)期造斜目標(biāo)；螺桿鉆具組合導(dǎo)向3趟鉆累計(jì)進(jìn)尺174m，平均機(jī)械鉆速1.16m/h，其中滑動鉆進(jìn)進(jìn)尺占比為53.74%，滑動鉆進(jìn)時間占該段總純鉆時間的62.55%，螺桿鉆具組合定向占比較高、趟鉆進(jìn)尺低；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向組合4 趟鉆，累計(jì)進(jìn)尺343m，平均機(jī)械鉆速僅1.28m/h，造斜效率低。

2.3 地層可鉆性差，鉆速慢

區(qū)域定向鉆井段主要鉆遇二疊系下烏爾禾組、夏子街組、風(fēng)城組等地層，地層巖性復(fù)雜多變，研磨性強(qiáng)，可鉆性差。下烏爾禾組巖性主要為褐灰色砂礫巖、砂質(zhì)小礫巖，夾薄層泥巖；夏子街組主要為大套砂泥巖互層；風(fēng)城組風(fēng)三段儲層以厚層狀灰色、灰褐色砂礫巖及含礫砂巖為主，風(fēng)城組風(fēng)二段儲層以灰色含礫砂巖、云質(zhì)砂巖為主。以前期區(qū)域完成的水平段長1300m左右的兩口水平井為例，鄰區(qū)KHW1 井造斜段和水平段均采用螺桿鉆具組合，自造斜至完鉆的斜井段長1711m，累計(jì)16 趟鉆，平均機(jī)械鉆速2.08m/h；本區(qū)MHHW1 井造斜段采用螺桿鉆具組合和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合，水平段采用螺桿鉆具組合，自造斜至完鉆的斜井段長1835m，累計(jì)11趟鉆，平均機(jī)械鉆速2.42m/h。

3 軌跡控制與提速技術(shù)

3.1 軌跡優(yōu)化技術(shù)

克81 井區(qū)存在復(fù)雜地層特征，井眼軌跡設(shè)計(jì)采用“直—增—穩(wěn)—增—平”五段制剖面，造斜點(diǎn)設(shè)計(jì)在二疊系上烏爾禾組或夏子街組，目的層二疊系風(fēng)城組，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)以下地層仍有可能發(fā)生井下復(fù)雜。上烏爾禾組、夏子街組、風(fēng)城組屬于易漏地層。在考慮采用“直—增—穩(wěn)—增—平”五段制剖面基礎(chǔ)上，結(jié)合地層特征，適當(dāng)優(yōu)化造斜率，微降造斜率小于設(shè)計(jì)造斜率5.5°/30m，易漏復(fù)雜地層，以穩(wěn)斜段為主。應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件對軌跡優(yōu)化前后造斜段鉆具組合力學(xué)分析，軌跡優(yōu)化后鉆具組合提鉆時側(cè)向力降低了0.182t/10m，下鉆時側(cè)向力降低了0.017t/10m，可見適當(dāng)優(yōu)化降低造斜率有利于鉆具側(cè)向力降低，減少鉆具疲勞損壞風(fēng)險；另外，造斜率較小、井眼條件適合情況下，有利于使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在定向鉆井段快速作業(yè)實(shí)現(xiàn)提速提效，避免常規(guī)鉆具滑動鉆進(jìn)時的摩阻，降低井下施工風(fēng)險。

3.2 直井段防斜提速技術(shù)

克81 井區(qū)自上而下地層縱向上巖性變化大、可鉆性逐漸變差，而且地層存在傾角，部署的平臺井直井段長、井距小，需要確保垂直井段井身質(zhì)量，考慮是否與鄰井相碰及對后續(xù)定向造斜和井眼軌跡控制的影響。根據(jù)所鉆地層特征，結(jié)合直井段井眼尺寸、段長及所需防斜鉆具組合的適宜性，合理選擇鉆具組合及鉆井參數(shù)防斜提速。二開直井段設(shè)計(jì)應(yīng)用“?311.2mmPDC鉆頭+?244mm 單彎螺桿(0.75°彎角)+?165.0mm 定向接頭+?203mm 無磁鉆鋌+?310mm 穩(wěn)定器+?203.2mm鉆鋌+?177.8mm 鉆鋌+?158.8mm 鉆鋌+?127mm 鉆桿”鉆具組合，三開直井段設(shè)計(jì)應(yīng)用“?215.9mmPDC鉆頭+?172mm 單彎螺桿（0.75°彎角）+?168.0mm 浮閥+?165.0mm定向接頭+?158.8m無磁鉆鋌+?210mm穩(wěn)定器+?158.8mm 鉆鋌+?127mm 加重鉆桿+?127mm鉆桿”鉆具組合類型，以提高鉆進(jìn)速度，及時監(jiān)測井斜等參數(shù)變化情況以利于調(diào)控直井段井身質(zhì)量滿足要求。

3.3 定向鉆井鉆具組合及參數(shù)優(yōu)化

水平井的造斜段、水平段都在三開?215.9mm 井段，預(yù)計(jì)鉆遇地層為二疊系上烏爾禾組、夏子街組和風(fēng)城組。造斜段優(yōu)先使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合，快速鉆穿易垮地層，提高鉆速的同時保證井眼規(guī)則及井壁穩(wěn)定，以螺桿鉆具[3-4]組合導(dǎo)向鉆進(jìn)為輔；水平段選用復(fù)合鉆穩(wěn)斜鉆具組合，鉆進(jìn)實(shí)施地質(zhì)導(dǎo)向與工程導(dǎo)向結(jié)合，使用“高速螺桿+水力振蕩器+PDC 鉆頭”組合，優(yōu)選高抗磨加強(qiáng)保徑PDC 鉆頭，保證趟鉆進(jìn)尺，減少提下鉆趟數(shù)，提高鉆井速度。定向鉆井優(yōu)化鉆具組合及參數(shù)見表1。

表1 定向鉆井段優(yōu)化鉆具組合與鉆井參數(shù)

3.4 定向提速工具技術(shù)

定向鉆井段提速工具的選擇與組配要考慮有利于軌跡導(dǎo)向控制、緩解斜井段托壓、井下安全可靠性等因素。復(fù)合式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向[5]工具由于推靠墊塊不是作用在井壁上，而是作用在工具導(dǎo)向扶正套內(nèi)壁上，使工具可以適用于軟、硬地層，在全程旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，可以產(chǎn)生較好的井壁質(zhì)量，同時，由于不再偏置心軸，具有較大的造斜能力，可考慮用于造斜段導(dǎo)向與提速。水力振蕩器是通過自身產(chǎn)生的軸向振動來提高鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性，并減少底部鉆具與井眼之間的摩擦阻力，可以應(yīng)用來提高機(jī)械鉆速。高速螺桿鉆具可以在鉆柱強(qiáng)度不受影響的情況下提高鉆頭對地層的切削次數(shù)而提高鉆進(jìn)速度，風(fēng)城組復(fù)雜難鉆地層鉆進(jìn)需要考慮軌跡控制及鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量參數(shù)匹配等因素來選擇適合的高速螺桿鉆具類型。

瑪湖區(qū)部分區(qū)塊百口泉組、烏爾禾組鉆遇斷層、破碎帶、易垮塌等不穩(wěn)定地層，或者發(fā)生漏失復(fù)雜井段，一般不選擇旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向組合入井作業(yè)。根據(jù)克81井區(qū)定向鉆井段地層特征、鉆井機(jī)泵條件、軌跡設(shè)計(jì)及控制要求等具體情況，優(yōu)先考慮定向鉆井造斜段與水平段提速工具的組配，以利于鉆井綜合提速。造斜段根據(jù)井下條件優(yōu)先使用“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+PDC 鉆頭”組合進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，避免螺桿擺工具面、定向鉆進(jìn)對機(jī)械鉆速的影響，快速鉆穿烏爾禾組、夏子街組等地層，提高機(jī)械鉆速的同時保證井眼規(guī)則及井壁穩(wěn)定。水平段考慮井眼的安全延伸鉆進(jìn)及提速，采用“高速螺桿+水力振蕩器+個性化PDC鉆頭”組合，優(yōu)選7刀翼PDC鉆頭或更優(yōu)的個性化PDC 鉆頭，保證單趟鉆進(jìn)尺，減少提下鉆趟數(shù)，完成1800m甚至更長水平段的鉆進(jìn)作業(yè)。

3.5 風(fēng)城組地層PDC鉆頭選型技術(shù)

克81 井區(qū)水平段地層風(fēng)三段以厚層狀灰色、灰褐色砂礫巖及含礫砂巖為主；風(fēng)二段以灰色含礫砂巖、砂巖為主，巖石可鉆性6～7級為中硬到硬地層，且地層含砂研磨性強(qiáng)。根據(jù)克81井區(qū)地層巖石可鉆性及地層特征，選擇導(dǎo)向工具為高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具組合，結(jié)合已鉆井PDC 鉆頭使用情況，選擇與導(dǎo)向工具配套的PDC 鉆頭。高轉(zhuǎn)速螺桿導(dǎo)向鉆具的特點(diǎn)是低鉆壓、高轉(zhuǎn)速，符合PDC 鉆頭的工作參數(shù)范圍，可配合PDC 鉆頭使用，PDC鉆頭以剪切破巖為主。設(shè)計(jì)選擇的PDC鉆頭為胎體七刀翼，雙排齒、短拋物線冠形、PDC 齒多空間角度設(shè)計(jì)，適合中硬到硬地層；或者胎體6 刀翼16mm 雙排齒、中等內(nèi)錐、中等拋物線、平衡攻擊性與耐用性，適合中硬到硬含礫地層。

3.6 配套技術(shù)措施

長水平段鉆井施工中，在井壁穩(wěn)定、井下正常的前提下，適當(dāng)增大排量，鉆井液要保持良好的流動性和懸浮性，及時攜帶出鉆屑。一旦發(fā)現(xiàn)鉆具摩阻扭矩增大，及時短起下鉆和充分循環(huán)，減少巖屑床，確保安全鉆進(jìn)。長水平段鉆進(jìn)中存在鉆壓的有效傳遞和井眼清潔，施工中應(yīng)根據(jù)井眼狀況，提高轉(zhuǎn)速數(shù)至80r/min 以上，加強(qiáng)短提、分段旋轉(zhuǎn)洗井、通井等工程措施，確保井眼清潔和井下安全。水平段選擇地層識別精度較高的地質(zhì)導(dǎo)向工具，配合螺桿導(dǎo)向工具，強(qiáng)化待鉆井眼軌跡預(yù)測計(jì)算和實(shí)鉆井眼軌跡走向判斷，提高井眼軌跡控制的效率和精度。水平段鉆進(jìn)在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑需滿足定向儀器通過要求。如水平段發(fā)生井漏、滲漏，可通過降排量實(shí)現(xiàn)液面穩(wěn)定而后采用降密度的方式將排量提起來。如漏失嚴(yán)重可嘗試接入堵漏接頭隨鉆堵漏。關(guān)注定向鉆井過程中鉆井液性能變化，造斜段、水平段鉆井液應(yīng)具有良好的攜砂性能、潤滑性、確保地層、井壁的穩(wěn)定、泥餅的質(zhì)量、井眼的清潔，嚴(yán)格控制含砂，并及時清除鉆井液內(nèi)的氣泡。

4 應(yīng)用效果

2022 年 在 克81 井 區(qū)MHHW11、MHHW12、MHHW13 等4 口水平井進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，二開、三開直井段防斜采用優(yōu)化后的鉆具組合，選擇合理的鉆井參數(shù)，下入MWD隨鉆跟蹤鉆進(jìn)，井斜、方位、全角變化率以及水平位移控制在設(shè)計(jì)要求范圍以內(nèi)，軌跡控制有效預(yù)防了與平臺鄰井的相碰風(fēng)險。自造斜點(diǎn)至完鉆斜井段軌跡控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，水平井井身質(zhì)量控制達(dá)到要求，總體取得了較好的軌跡控制效果。

完成4口平臺水平井定向鉆井提速試驗(yàn)，平均完鉆井深6220m,平均水平段長1849m,自造斜點(diǎn)至完鉆的斜井段平均機(jī)械鉆速4.77m/h，比設(shè)計(jì)機(jī)械鉆速提高了31.04%；平均定向工期51.24d，比設(shè)計(jì)定向工期縮短23.81%。其中在水平段應(yīng)用高速螺桿，匹配MSI616鉆頭單趟鉆進(jìn)尺最高1007m，匹配XS516鉆頭單趟鉆機(jī)械鉆速最高為16.22m/h，應(yīng)用最多的高速螺桿型號為3LZ172；水力振蕩器在其中3 口水平井水平段進(jìn)行了應(yīng)用，MHHW12 井水平段水力振蕩器使用段長達(dá)到1579m，機(jī)械鉆速9.20m/h,其中滑動鉆進(jìn)進(jìn)尺120m，滑動鉆進(jìn)機(jī)械鉆速達(dá)到4.62m/h。從總體上看，完成井定向鉆井速度顯著提高，加快了井區(qū)風(fēng)城組油藏開發(fā)步伐。

5 結(jié)論與建議

（1）平臺水平井直井段應(yīng)用經(jīng)濟(jì)適宜的防斜提速技術(shù)，合格的井身質(zhì)量有利于斜井段順利施工，也提高了試驗(yàn)井的鉆井速度。

（2）定向鉆井段鉆具組合與鉆井參數(shù)優(yōu)化、風(fēng)城組定向PDC 鉆頭選型及提速工具試驗(yàn)等，提高了水平井的軌跡控制質(zhì)量與效率。

（3）克81井區(qū)平臺水平井處于開發(fā)試驗(yàn)階段，需要進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)研究，形成區(qū)塊開發(fā)風(fēng)城組油藏的集成配套鉆井技術(shù)，以達(dá)到鉆井綜合提速新目標(biāo)。